北航新闻网1月17日电（通讯员 胜献雷）近日，物理学院“微纳物理与应用研究室”胜献雷、陈子瑜教授，博士生陈聪、曾旭涛，与新加坡科技设计大学杨声远教授和南京大学赵宇心教授合作，在实数拓扑态和三维二阶节线半金属取得重要研究进展，相关工作于2022年1月13日以“Second-Order Real Nodal-Line Semimetal in Three-Dimensional Graphdiyne”为题在线发表于《物理评论快报》。陈子瑜和胜献雷教授的博士生陈聪、曾旭涛为共同第一作者，胜献雷为通讯作者，北航为第一单位。

实数拓扑物态是凝聚态物理的新兴研究领域，其拓扑性质可由实陈数(real Chern numbers)描述，并且与二阶拓扑密切相关。实数拓扑物态理论还在发展中，其材料实现更是非常稀少。在二维系统中，胜献雷团队与合作者报道过单层石墨二炔(graphdiyne)[PRL123, 256402 (2019)]和单层石墨一炔(graphyne)[PRB104, 085205 (2021) ]为二维实陈数绝缘体(real Chern insulators)和二维二阶拓扑绝缘体，具有拓扑保护的零能角落态。

将二维实陈数绝缘体在三维方向堆叠起来，可实现三维二阶节线半金属态，这是一种由PT对称性（时空反演联合操作）保护的新奇量子态。如图1所示，体态中有两个节线态，这种节线态由两个拓扑数描述，绕界线一圈的贝里相位和包围整个节线圈的拓扑电荷，其二阶拓扑性质则体现在如红线所示由PT对称性联系的铰链态上。该项工作预言了第一个三维二阶节线半金属材料——ABC堆叠的三维石墨二炔，并构造了其低能有效模型。

该工作得到了国家自然科学基金面上项目和北航双一流建设经费的支持。

图1：二阶节线半金属的示意图。这里，位于两个节线内的任意一个横截面均对应于一个二维实陈数绝缘体，实陈数vR=1，且呈现出一对拓扑零能角落态。这些角落态在三维方向上组成了两条红线所示的拓扑棱态。另外，除了非平庸的实陈数外，每个节线均携带一个一维的拓扑电荷w，此一维拓扑电荷保护了顶面的双重鼓膜态。

（审核：李广超）

编辑：贾爱平

来源：北京航空航天大学新闻网